Fallimenti dei silo: casi clinici e lezioni apprese dal Dr. John W. Carson

23 marzo 2023 | Di Jenike e Johanson

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Silos e contenitori si guastano con una frequenza molto più elevata rispetto a quasi tutte le altre apparecchiature industriali. A volte il guasto comporta solo distorsioni o deformazioni che, sebbene antiestetiche, non rappresentano un pericolo per la sicurezza o per il funzionamento. In altri casi, il cedimento comporta il crollo completo della struttura con conseguente perdita di utilizzo e persino perdita di vite umane.

Vengono presentati numerosi casi clinici riguardanti cedimenti strutturali che illustrano errori comuni e limiti della progettazione.

Sebbene le statistiche non siano disponibili, centinaia di silos, contenitori e tramogge industriali e agricoli subiscono ogni anno un certo grado di guasto. [1-3] A volte il fallimento è un collasso strutturale completo e drammatico. Altre volte il fallimento non è così drammatico o così evidente. Ad esempio, potrebbero formarsi crepe in un muro di cemento o ammaccature in un guscio di acciaio, entrambe le cose potrebbero apparire innocue a un osservatore casuale. Si tratta tuttavia di segnali di pericolo che indicano che probabilmente sono necessarie misure correttive.

Il costo economico del guasto di un silo non è mai piccolo. Il proprietario deve affrontare i costi immediati della perdita di produzione e delle riparazioni, il personale nelle vicinanze è esposto a un pericolo significativo e il progettista e il costruttore affrontano possibili contenziosi a causa della loro esposizione alla responsabilità.

Le principali cause di guasto dei silos sono dovute a carenze in una o più delle quattro categorie: progettazione, costruzione, utilizzo e manutenzione. Ognuno di questi viene esplorato di seguito, con esempi e lezioni apprese.

La progettazione dei silos richiede conoscenze specializzate. Il progettista deve innanzitutto stabilire le proprietà di flusso del materiale [4], quindi considerare elementi quali la geometria del canale di flusso, lo sviluppo del flusso e della pressione statica e gli effetti dinamici. È necessario prevenire problemi quali il ratholing e le vibrazioni autoindotte del silo, garantendo allo stesso tempo uno scarico affidabile alla velocità richiesta. È necessario considerare i carichi non uniformi, i carichi termici e gli effetti di dettagli di fabbricazione non standard. Soprattutto, il progettista deve sapere quando essere cauto di fronte a informazioni incomplete o fuorvianti, o a raccomandazioni che provengono da manuali, o da persone con la sindrome del “si è sempre fatto così”.

Fig. 1, Pressioni non uniformi causate dal ritiro eccentrico

Dopo aver stabilito i criteri di progettazione, deve seguire una progettazione competente. Qui il progettista deve avere una piena consapevolezza delle combinazioni di carico, dei percorsi di carico, degli effetti primari e secondari sugli elementi strutturali e della relativa flessibilità degli elementi. [5,6] È necessario prestare particolare attenzione a come verranno costruiti i dettagli più critici della struttura in modo da realizzare tutti i requisiti e l'intento del progetto.

Di seguito vengono descritti cinque dei problemi più comuni che i progettisti spesso ignorano, insieme ad alcuni esempi di ciascuno.

Questa è una delle cause più comuni dei problemi strutturali dei silos, poiché spesso viene trascurata. Si verifica quando il punto di prelievo dalla tramoggia non è situato sull'asse verticale di un silo circolare [7,8], ed è particolarmente comune quando si utilizzano sili con più tramogge in cui vengono utilizzate solo una o due uscite della tramoggia alla volta. tempo. Se il canale di flusso risultante interseca la parete del silo, si svilupperanno pressioni non uniformi attorno alla circonferenza del silo che porteranno a momenti flettenti orizzontali e verticali. Vedere la Figura 1. Molti progettisti di silos tengono conto erroneamente di queste pressioni non uniformi semplicemente aumentando la tensione del telaio. [9,10]

Qualche esempio:

Fig. 2, La coclea a passo costante ha causato il ritiro eccentrico

Un silo di miscelazione utilizzava 24 tubi esterni per prelevare pellet di plastica a varie altezze dalle sezioni del cilindro e del cono. Rughe significative si sono sviluppate nella sezione del cilindro sopra molti tubi. Le lezioni da imparare qui sono:

Travi di supporto, coni invertiti, tubi di miscelazione e altri tipi di elementi interni possono imporre grandi carichi concentrati e/o pressioni non simmetriche sulla parete del silo, portando a sollecitazioni di flessione inaccettabili.